Pengimbas 3D DIY: butiran dan teknologi. Pengimbas 3D buatan sendiri

2025 Pengarang: Trinity Chesterton | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 10:11

Jika anda ingin membuat pengimbas 3D anda sendiri, langkah pertama ialah mencari kamera web. Jika anda memilikinya, kos keseluruhan projek akan menelan kos 40-50 dolar. Pengimbasan 3D Desktop telah mencapai kemajuan yang besar dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tetapi ia masih mempunyai had utama. Perkakasan teknik ini dibina berdasarkan volum dan resolusi pengimbasan tertentu. Anda boleh mendapatkan hasil yang baik hanya jika subjek anda memenuhi keperluan dan resolusi penangkapan.

Cara penangkapan 3D berfungsi

Fotogrametri menggunakan set gambar 2D konvensional yang diambil dari semua arah di sekeliling objek. Jika titik pada objek boleh dilihat pada sekurang-kurangnya tiga imej, lokasinya boleh ditriangulasi dan diukur dalam tiga dimensi. Dengan mengenal pasti dan mengira lokasi beribu-ribu malah berjuta-juta mata, perisian itu boleh mencipta pembiakan yang sangat tepat.

Tidak seperti pengimbas perkakasan, proses ini tidak mempunyai had saiz atau resolusi. Jika anda boleh mengambil foto objek, anda boleh mengimbasnya:

• Faktor pengehad dalamfotogrametri ialah kualiti gambar dan oleh itu kemahiran jurugambar.
• Foto mestilah jelas kelihatan dan jelas dalam fokus.
• Ia juga hendaklah diletakkan di sekeliling objek supaya setiap bahagiannya dilindungi.

Tanpa pengimbas 3D, anda hanya boleh membuat imej 3D objek besar. Item kecil tidak boleh diimbas. Untuk memahami perkara ini dengan lebih terperinci, kami akan menganalisis konsep fotogrametri.

Apakah itu fotogrametri dan bagaimana ia mempengaruhi paparan objek?

Fotogrametri ialah sains mengambil ukuran daripada gambar, terutamanya untuk membina semula kedudukan tepat titik permukaan. Ia juga boleh digunakan untuk membina semula laluan gerakan titik penambat yang ditetapkan pada mana-mana objek bergerak, komponennya dan berdekatan dengan persekitaran.

Ringkasnya, ia memberi anda keupayaan untuk mencipta grid 3D daripada berbilang foto dengan membandingkan persamaan antara imej dan menyegitiga imej tersebut dalam ruang 3D.

Fotogrametri telah wujud sejak sekian lama, tetapi barulah Autodesk memasuki program beta Memento barulah semuanya mula berfungsi. Memento telah dinamakan semula kepada ReMake apabila ia meninggalkan fasa beta. Bunyi seperti sihir, bukan? Nah, ia bukan sihir, ia adalah realiti. Kini sesiapa sahaja boleh melakukan pengimbasan 3D tanpa membelanjakan ratusan untuk pengimbas. Malah pengimbas 3D sumber terbuka mampu milik memerlukan sedikit pengetahuan untuk membolehkannya berfungsi dengan baik. DARIsesiapa sahaja boleh mendapatkan apa yang mereka mahu dengan fotogrametri.

Meja putar - peringkat kedua mencipta pengimbas

Apa yang anda perlukan untuk mencipta pengimbas 3D anda sendiri ialah telefon pintar anda, termasuk fon kepala dan pemain. Begini cara ia berfungsi: anda memusingkan engkol dan untuk setiap putaran penuh meja putar, kamera telefon dicetuskan oleh volum fon kepala sebanyak 50 kali.

Mudah! Pindahkan foto ke komputer anda dan kemudian gunakan Autodesk ReMake untuk melakukan keajaiban. Sungguh mengagumkan, tetapi bukan sahaja ia mahir dalam jaringan, ia juga menyediakan alatan untuk mengubah suai jaringan, membaiki lubang, menjajarkan, menyediakan untuk pencetakan 3D atau berfungsi sebagai bentuk sistem sebagai sumber 3D untuk permainan atau pemaparan!

Nah, memandangkan Apple telah mengeluarkan bicu fon kepala untuk iPhone 7 dan ke atas, versi terkini penciptaan pengimbas akan digunakan. Ia adalah berdasarkan prinsip bekerja pada pencetus untuk kamera Bluetooth. Ini akan menggantikan keperluan untuk bicu fon kepala.

• Pengimbasan fotogrametri berkualiti tinggi memerlukan gambar subjek berkualiti tinggi dari semua sudut.
• Pendekatan paling mudah untuk mengimbas perkara kecil ialah memutar objek semasa mengambil gambar.
• Untuk melakukan ini, pengimbas menggunakan motor stepper yang dikawal oleh papan Arduino.
• Pelangkah memutarkan objek dengan jumlah tetap, dan kemudian LED inframerah padam dalam siri denyar rumit yang menggerunkan yang meniru alat kawalan jauh wayarles kamera.

Skrin paparan LCD dengan set butangmembolehkan pengguna mengawal Arduino. Menggunakan butang, pengguna boleh memilih bilangan tangkapan yang akan diambil setiap revolusi. Pengimbas 3D DIY berkualiti tinggi boleh berfungsi dalam mod automatik, di mana ia mengambil gambar, memajukan motor stepper dan mengulanginya sehingga ia melengkapkan revolusi sepenuhnya.

Terdapat juga mod manual di mana setiap tekan butang mengambil gambar, menggerakkan dail jog dan menunggu. Ini berguna untuk mengimbas butiran. Pengimbas 3D memfokus pada bingkai yang membingkai imej.

Perisian tambahan

Apabila perisian fotogrametri mengesan ciri dalam foto, ia cuba mencari ciri itu dalam imej lain dan merekodkan lokasi pada semua gambar yang muncul.

1. Jika objek adalah sebahagian daripada objek berputar, kami mendapat data yang baik.
2. Jika ciri yang dikesan berada di latar belakang dan tidak bergerak semasa selebihnya objek sedang diimbas, ia boleh memecahkan kesinambungan ruang-masa, sekurang-kurangnya setakat perisian anda.

Terdapat dua penyelesaian:

• Salah satu daripadanya sedang menggerakkan kamera di sekeliling subjek untuk memastikan latar belakang disegerakkan dengan pergerakan. Ini bagus untuk objek besar, tetapi lebih sukar untuk mengautomasikan proses.
• Penyelesaian yang lebih mudah ialah membiarkan latar belakang tidak disentuh. Ini lebih mudah dilakukan untuk objek kecil. Tambah ke kananpencahayaan dan anda dalam perjalanan ke latar belakang tanpa ciri.

Petua lain ialah mendedahkan imej anda secara berlebihan dengan satu atau dua hentian. Ini membolehkan anda menangkap lebih terperinci dalam bayang subjek sambil mengasingkan latar belakang supaya mana-mana objek latar belakang yang tinggal hilang menjadi putih cemerlang.

• "Arduino". Ia mempunyai pin yang tidak dilindungi oleh skrin LCD, menjadikannya mudah untuk disambungkan.
• SainSmart 1602 LCD Shield yang mempunyai paparan dan beberapa butang untuk mengawal pengimbas.
• Pemandu motor stepper (Pemandu Mudah).

Motor pelangkah NEMA 17 akan memutarkan objek yang diimbas. Dengan motor stepper yang besar (dengan pemacu dan bekalan kuasa yang sesuai), pengimbas 3D DIY berkualiti tinggi ini boleh meningkatkan imbasan. LED IR 950 nm mencetuskan kamera. Beberapa model popular pengimbas 3D pegang tangan adalah berdasarkan prinsip ini. Anda boleh mengulangi proses pembinaan dengan tangan anda sendiri. Kami menawarkan beberapa pilihan untuk dipilih.

Spinscan oleh Tony Buzer: asas semua pengimbas

Pada tahun 2011, jenius percetakan 3D Tony Buzer mengeluarkan Spinscan. Ini ialah pengimbas 3D buatan sendiri sumber terbuka berdasarkan laser dan kamera digital. Kemudian, MakerBot menggunakan idea daripada Spinscan untuk mencipta Pengimbas Digitizer sumber tertutup.

FabScan

FabScan bermula sebagai projek pengijazahan dan sejak itu telah diterima pakai oleh komuniti kecil yang terus berusaha untuk menambah baik cirinya. FabScan berfungsi seperti kebanyakan pengimbas laser lain, tetapi dibantu oleh perumah terbina dalam yang membantu meratakan paras cahaya, menghalang herotan semasa mengimbas.

VirtuCube

Kaedah alternatif untuk pengimbas laser ialah pengimbas cahaya berstruktur. Menggunakan projektor pico dan bukannya laser, VirtuCube boleh dibuat dengan mudah dengan beberapa bahagian bercetak dan elektronik asas. Keseluruhan sistem ini boleh diletakkan di dalam kotak karton untuk mengelakkan sumber cahaya lain daripada menyebabkan ralat pencetakan.

Dua pengimbas laser sumber terbuka baharu yang menarik telah pun dikeluarkan: BQ Cyclop dan Murobo Atlas.

BQ - sistem pengimbasan laser

Syarikat elektronik pengguna Sepanyol BQ mengumumkan pengimbas 3D Cyclop di CES. Cyclop menggunakan dua tahap garisan laser, kamera web USB standard, dan pengawal Arduino tersuai BQ. BQ telah menulis aplikasi pengimbasannya sendiri yang dipanggil Horus. Walaupun laporan mengatakan Cyclop belum tersedia, BQ mengatakan ia akan tersedia pada akhir tahun ini.

"Atlas" ialah projek dibangunkan yang memerlukan penambahbaikan

Pengimbas 3D Murobo sedang mencari dana di Kickstarter. Seperti Spinscan, Digitizer dan Cyclop, Atlas menggunakan modul garisan laser dan kamera web untuk mengimbas objek pada platform berputar. Atlas menggantikan Arduino Raspberry Pi untuk menyepadukan kawalan dan tangkapan ke dalam peranti. Seperti Cyclop, pencipta Atlas berjanji ia akan menjadi projeksumber terbuka. Set $129 telah habis dijual, tetapi ada yang kekal pada $149 dan $209.

Pada 2019, syarikat itu menyasarkan untuk melancarkan pengimbas 3D berasaskan telefon pintar yang bukan sahaja akan memaparkan keterlihatan latar belakang, tetapi juga membina fokus semasa menangkap imej. Di Amerika, kebaharuan DIY sangat mengagumkan. Jika anda tidak tahu cara membuat pengimbas 3D, gunakan versi Atlas yang belum selesai. Terdapat fungsi yang agak jelas dan pembangun hanya perlu memancarkan peranti dan memastikan operasi fungsi tersebut yang mereka mahu lihat sebagai hasilnya.

CowTech Ciclop: model baharu mesin pelbagai fungsi

Harga naik sehingga $160 (bergantung pada sama ada anda mencetak bahagian 3D atau tidak). Syarikat itu berpangkalan di Amerika Syarikat. Resolusi imej siap mencapai 0.5 mm. Kelantangan pengimbasan maksimum: 200 × 200 × 205 mm. BQ membentuk asas kit pengimbas 3D DIY untuk pencetak 3D. Dengan tangan anda sendiri, anda boleh mengubah suai versi model untuk mencipta imej dalam ruang empat dimensi.

CowTech Engineering memanfaatkan dana yang diterajui BQ untuk memberikan nilai unik kepada model yang dikemas kini. Peluang Baharu:

• ulasan alam sekitar,
• tangkapan latar belakang,
• paparan kanta gaya terbalik.

Setia kepada pergerakan sumber terbuka, Cowtech melancarkan kempen Kickstarter untuk mengumpul wang bagi melancarkan versi pengeluaran yang asal, Ciclop CowTech. Pasukan itu menetapkan matlamat yang tinggi untuk mengumpul $10,000 tetapi dipenuhi dengan kejutan dangembira apabila komuniti dapat mengumpul $183,000. Kit kamera 3D DIY dan pengimbas telefon CowTech Ciclop telah dilahirkan.

Jadi apakah perbezaan antara versi CowTech dan versi BQ DIY?

CowTech Ciclop masih menggunakan perisian Horus 3D kerana ia merupakan kedai yang hebat untuk pengimbasan objek 3D. Perbezaannya, bagaimanapun, terletak pada reka bentuk yang sedikit berbeza, yang mana pasukan itu menghabiskan beberapa hari untuk membangunkan supaya bahagian tersebut boleh dicetak 3D pada mana-mana pencetak 3D FDM.

Kosong yang sama boleh digunakan untuk membangunkan peranti dengan tangan anda sendiri. Pengimbas dan pencetak 3D syarikat hanya mempunyai volum binaan yang kecil, jadi CowTech telah mereka bahagian yang boleh dicetak pada mana-mana pencetak dengan volum binaan 115×110×65mm, yang terdapat dalam hampir semua pencetak 3D.

Ciclop by CowTech:

• Terdapat pemegang laser boleh laras di sini.
• CowTech DIY menggunakan akrilik potongan laser.

BQ Ciclop:

• Model menggunakan batang berulir.
• Tiada akrilik potongan laser.

Bukan masalah besar, dan pengimbas masih kelihatan agak serupa, tetapi CowTech hanya berhasrat untuk menambah baik reka bentuk sedia ada, bukan mengubahnya. CowTech menjual Ciclop sedia imbasan dengan harga $159 di tapak web mereka. Secara keseluruhannya ia adalah pengimbas 3D DIY murah yang hebat, sangat cekap untuk pengimbasan triangulasi laser 3D.

Mesin berputar dan meja untuk membuat pengimbas

1. Telefon mudah alihdilengkapi dengan teknologi pengimbas 3D DIY: fotogrametri - ciri teknologi hadir.
2. Harga: Cetakan percuma sendiri (walaupun bahan berharga sekitar $30).
3. Pengimbas 3D DIY ini agak mudah untuk dibuat. Dave Clark, pengeluar British, memastikan bahawa model itu boleh dibongkar walaupun sebelum permulaan jualan. Alat ganti akan digunakan untuk membina pengimbas lain.

Ini kerana ia berdasarkan fotogrametri, bukan triangulasi laser dan serasi dengan telefon pintar anda! Anda boleh memuat turun fail boleh cetak 3D untuk menyegerakkan peranti.

Dengan tangan anda sendiri, pengimbas 3D boleh dibuat daripada cara yang dibuat sendiri. Anda hanya perlu mempercayai pencipta DIY 3D. Peranti ringkas menukar iPhone atau Android anda dengan serta-merta menjadi pengimbas 3D dengan menyambungkannya kepada pemain ini. Kemudian, menggunakan fon kepala dan kamera telefon, ia mengambil lebih 50 foto objek, yang akan diimbas semasa meja putar berputar.

Setelah anda mengambil imej ini, anda boleh memuatkannya ke dalam program seperti Autodesk ReCap untuk menukar foto menjadi fail 3D penuh.

Secara keseluruhannya ini adalah projek kreatif yang hebat dan pengimbas 3D DIY yang hebat untuk orang yang mempunyai bajet.

Pengimbas 3D Microsoft Kinect

Ia lebih rendah pada hanya $99 (tetapi tidak lagi dijual, walaupun Kinect V2 masih tersedia di Xbox One). Slogan syarikat ialah: Buat pengimbas 3D anda sendiri daripada Kinect dan mengejutkan rakan anda.

Walaupun Microsoft telah menjawab permintaan dengan mencipta apl Imbasan 3D sendiri untuk pengimbas Kinect, terdapat beberapa pilihan pihak ketiga yang mungkin lebih disukai. Ini termasuk:

• Skanect, dibuat oleh Occupital, yang turut menjual penderia tekstur.
• RekonstruksiSaya. Ia menyediakan satu set alatan yang membolehkan anda melakukan pengimbasan 3D dengan harga kurang daripada $100.

Hasilnya tidak hebat, tetapi untuk harga sedemikian ia agak boleh diterima. Ia telah ditunjukkan sebagai lebih rendah daripada protogrametri tradisional dalam kualiti, terutamanya dalam perincian halus, seperti pada model kecil seperti gigi jerung. Namun, untuk pengimbas 3D pemula, ini adalah produk peringkat permulaan yang hebat, terutamanya kerana anda mungkin sudah mempunyai satu untuk Xbox 360.

Sebelum membuat pengimbas

Terdapat banyak kamera yang boleh anda gunakan. Sudah tentu, untuk mengetahui cara membuat pengimbas 3D dari telefon anda dengan tangan anda sendiri, anda perlu mengira apa yang diperlukan untuk ini. Jika anda merancang untuk menggunakan Pi Scan untuk mengawal kamera anda, maka anda harus menggunakan Canon PowerShot ELPH 160. Tetapi jika anda menggunakan sebarang persediaan lain, berikut ialah beberapa cadangan umum kamera:

1. Berapa banyak megapiksel yang anda perlukan? Ukur item yang akan anda imbas. Matlamat untuk saiz purata terbesar (jangan pilih outlier terbesar). Sebagai contoh, kebanyakan buku teks ialah 22.86×27.94 cm. Sekarang darabkan saiz ini dengan PPI (piksel per sentimeter) yang anda ingin tangkap. 300-ini adalah minimum yang selamat, walaupun anda tidak boleh salah jika anda mengambil lebih banyak. Jadi, dalam contoh kami - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Kami memerlukan imej sekurang-kurangnya 2700 × 3300=8,910,000 piksel atau kira-kira 9 megapiksel.
2. Apakah kawalan yang anda perlukan? Jika anda hanya mengimbas satu buku, atau anda hanya mengimbas item untuk kandungan maklumatnya (berbanding cuba merakam penampilan sebenar), anda tidak memerlukan tangkapan yang sangat bagus. Jika pencahayaan atau tetapan kamera berubah dari tangkapan ke tangkapan, anda masih akan mendapat hasil yang baik.
3. Kelajuan pengatup - apertur ISO imbangan putih.
4. Denyar hidup/mati. Sebarang pemprosesan imej tersuai (mengasah, menambah warna, dsb.).
5. Fokus (sebaik-baiknya keupayaan untuk mengunci fokus).
6. Pampasan pendedahan.
7. Pembesaran - kebanyakan DSLR membenarkan semua jenis kawalan ini; untuk kamera kompak, hanya kamera Canon Powershot yang menyokong CHDK. Ia membenarkan anda mengawal semua parameter ini.

Banyak bergantung pada bajet. Pengimbas dijual pada harga yang sama seperti kamera. Jika anda ingin melakukan semuanya sendiri, maka bajet adalah terhad. Beri perhatian kepada segmen pasaran optik dan alat ganti yang mampu milik.

• Kesukaran pertama yang dihadapi dalam membina pengimbas laser 3D ialah mencari platform berputar. Pada masa yang sama, ia hanya perlu dikawal dengan bantuan MatLab. Daripada menghabiskan banyak wang atau masa, anda boleh membeliMotor pelangkah 28BYJ-48-5V dengan papan modul ujian pemacu ULN2003.
• Seterusnya, lekatkan platform pada aci motor stepper dan letakkan di dalam alur di dalam pemegang. Platform harus sekata dengan "marmar", tetapi sedar bahawa lebih murah ia, lebih banyak diameter tidak konsisten yang boleh menjadikan sesuatu tidak rata.
• Jika anda mempunyai kaedah untuk mendapatkan putaran tepat yang boleh dikawal dalam Mat Lab, sediakan kamera pada sebarang jarak dan ketinggian, serta garisan laser di sebelah kiri atau kanan kamera dan meja putar. Sudut laser harus optimum untuk meliputi kebanyakan meja putar, tetapi tiada apa yang perlu tepat, kami akan mengendalikan perbezaan skala model dalam kod.
• Bahagian paling penting untuk pengendalian yang betul ialah penentukuran kamera. Dengan menggunakan kit alat penglihatan komputer MatLab, anda boleh mendapatkan panjang fokus tepat dan pusat optik kamera dengan ketepatan 0.14 piksel.

Sedar bahawa menukar resolusi kamera akan mengubah nilai proses penentukuran. Nilai utama yang kami cari ialah panjang fokus, diukur dalam unit piksel dan koordinat piksel pusat optik satah imej.

Kebanyakan kamera kompak murah tidak mempunyai antara muka perisian. Ia hanya boleh dikendalikan secara manual atau mekanikal. Tetapi pasukan sukarelawan telah membangunkan perisian yang membolehkan anda mengawal dan mengkonfigurasi kamera kompak Canon dari jauh. Perisian ini dipanggilCHDK.

• CHDK dimuat turun ke kad SD, yang kemudiannya dimasukkan ke dalam kamera.
• Apabila kamera dimulakan, CHDK dimulakan secara automatik.
• Oleh kerana CHDK tidak pernah membuat perubahan kekal pada kamera, anda sentiasa boleh mengalih keluar kad SD CHDK khusus untuk operasi kamera biasa.

CHDK ialah prasyarat penting untuk pengawal perisian yang disenaraikan di bawah. Pengawal berjalan pada PC atau Raspberry Pi dan berkomunikasi dengan perisian CHDK yang berjalan pada kamera melalui USB. Apabila menggunakan jenis kamera murah yang lain, satu-satunya pilihan kawalan ialah beberapa jenis permulaan mekanikal atau manual melalui program pemasang seperti yang ditunjukkan di atas.